Разнообразие культивируемых бактерий-деструкторов монохлорированных бифенилов в почвах охраняемого ландшафта

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf
Опубликован: ноя 5, 2024
DOI: https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-3-285-299
Ключевые слова:
монохлорированные бифенилы Achromobacter Rhodococcus Pseudomonas Stenotrophomonas Delftia биодеструкция

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Николай Александрович Королев
Институт экологии и генетики микроорганизмов ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия
Татьяна Денисовна Кирьянова
Институт экологии и генетики микроорганизмов ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия
Дарья Олеговна Егорова
Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Аннотация

В работе использованы аэробные бактериальные штаммы из рабочей коллекции лаборатории микробиологии техногенных экосистем «ИЭГМ УрО РАН», выделенные ранее из почв охраняемого ландшафта ООПТ Осинская лесная дача. Наибольший деструктивный потенциал в отношении бифенила и его хлорированных производных выявлен у 16 штаммов. На основании анализа нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК установлена филогенетическая принадлежность данных штаммов. Показано, что доля представителей рода Achromobacter составила 56.25%, Rhodococcus – 18.75%, Pseudomonas – 12.5%, Delftia и Stenotrophomonas – по 6.25%. Штаммы родов Achromobacter и Rhodococcus осуществляли деструкцию 2-хлор-, 3-хлор- и 4-хлорированных бифенилов с эффективностью 13–100% и 43–100% соответственно. Эффективность деструкции монохлорбифенилов для представителей рода Pseudomonas составляла выше 80%, за исключением 69%-го разложения 4-хлорбифенила штаммом Pseudomonas sp. Osa 27. Штамм Stenotrophomonas sp. Osa 13 наиболее активно (71%) разлагал 4‑хлорбифенил, но проявлял наименьшую активность (34%) в отношении 3-хлорированного бифенила. Штамм Delftia sp. Osa 20 осуществлял полную деструкцию 3-хлор- и 4-хлорбифенилов, но не осуществлял трансформацию 2-хлорбифенила. Таким образом, аэробные бактериальные культуры, выделенные из почв охраняемого ландшафта, обладают способностью окислять сложные ароматические соединения, опасные для окружающей среды.
 

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Королев, Н. А., Кирьянова, Т. Д., & Егорова, Д. О. (2024). Разнообразие культивируемых бактерий-деструкторов монохлорированных бифенилов в почвах охраняемого ландшафта. Вестник Пермского университета. Серия Биология, (3), 285‒299. https://doi.org/10.17072/1994-9952-2024-3-285-299
Выпуск
№ 3 (2024): Вестник Пермского университета. Серия Биоллогия
Раздел
Микробиология

Лицензионный договор на право использования научного произведения в научных журналах, учредителем которых является Пермский государственный национальный исследовательский университет

Скачать лицензионный договор

Текст Договора размещен на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета http://www.psu.ru/, а также его можно получить по электронной почте в «Отделе научных периодических и продолжающихся изданий ПГНИУ»: YakshnaN@psu.ru или в редакциях научных журналов ПГНИУ.

Биографии авторов

Николай Александрович Королев, Институт экологии и генетики микроорганизмов ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Аспирант ИЭГМ УрО РАН

Татьяна Денисовна Кирьянова, Институт экологии и генетики микроорганизмов ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Аспирант ИЭГМ УрО РАН

Дарья Олеговна Егорова, Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН – филиал ПФИЦ УрО РАН, Пермь, Россия

Доктор биол. наук, доцент, с.н.с.

Библиографические ссылки

Бузмаков С.А., Гатина Е.Л. Зонирование особо охраняемой природной территории «Осинская лес-ная дача» // Географический вестник. 2009. № 1. С. 51–55. https://cyberleninka.ru/article/n/zonirovanie-osobo-ohranyaemoy-prirodnoy-territorii-osinskaya-lesnaya-dacha (дата обращения: 21.06.2024).

Егорова Д.О. и др. Биоремедиация почвы, длительное время загрязненной дихлордифенилтрихлор-этаном, с использованием аэробного штамма Rhodococcus wratislaviensis CH628 // Почвоведение. 2017. № 10. С. 1262–1269. https://doi.org/10.7868/S0032180X1710001X.

Егорова Д.О. и др. Особенности разложения хлорированных бифенилов штаммом Rhodococcus wratislaviensis КТ112-7 в условиях засоления // Прикладная биохимия и микробиология. 2018. Т. 54, № 3. С. 253–263. https://doi.org/10.7868/S0555109918030042.

Плотникова Е.Г. др. Особенности разложения 4-хлорбифенила и 4 хлорбензойной кислоты штам-мом Rhodococcus ruber P25 // Микробиология. 2012. Т. 81, № 2. С. 159–170. https://doi.org/10.1134/S0026261712020117.

Трегер Ю. СОЗ – стойкие и очень опасные // The Chemical Journal. 2013. № 1. P. 30–34. https://tcj.ru/journal/jan-fev-2013.

Adams C.I.M. et al. Toxicological effects of polychlorinated biphenyls (PCBs) on freshwater turtles in the United States // Chemosphere. 2016. Vol. 154. P. 148–154. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.03.102.

Adebusoye S.A. et al. Characterization of multiple novel aerobic polychlorinated biphenyl (PCB)-utilizing bacterial strains indigenous to contaminated tropical African soils // Biodegradation. 2008. Vol. 19, № 1. P. 145–159. https://doi.org/10.1007/s10532-007-9122-x.

Atago Y. et al. Identification of novel extracellular protein for PCB/biphenyl metabolism in Rhodococcus jostii RHA1 // Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2016. Vol. 80, № 5. P. 1012–1019. https://doi.org/10.1080/09168451.2015.1127134.

Bako C.M. et al. Biodegradation of PCB congeners by Paraburkholderia xenovorans LB400 in presence and absence of sediment during lab bioreactor experiments // Environmental Pollution. 2021. Vol. 271. Article 116364. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.116364.

Bhattacharya A., Khare S.K. Biodegradation of 4-chlorobiphenyl by using induced cells and cell extract of Burkholderia xenovorans // Bioremediation Journal. 2017. Vol. 21. P. 109–118. https://doi.org/10.1080/10889868.2017.1282940.

Cao Y.M. et al. Analysis of PCBs degradation abilities of biphenyl dioxygenase derived from Enterobac-ter sp. LY402 by molecular simulation // New Biotechnology. 2011. Vol. 29, № 1. P. 90–98. https://doi.org/10.1016/j.nbt.2011.08.005.

Colbert C.L. et al. Structural characterization of Pandoraea pnomenusa B-356 biphenyl dioxygenase re-veals features of potent polychlorinated biphenyl-degrading enzymes // PLoS One. 2013. Vol. 8, № 1. Article e52550. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052550.

Devi N.L. Persistent Organic Pollutants (POPs): Environmental risks, toxicological effects, and bioreme-diation for Environmental Safety and Challenges for Future Research // Bioremediation of Industrial Waste for Environmental Safety / G. Saxena, R. Bharagava, eds. Singapore: Springer, 2020. Р. 53–76. https://doi.org/10.1007/978-981-13-1891-7_4.

Egorova D.O. et al. Biodegradability of hydroxylated derivatives of commercial polychlorobiphenyls mixtures by Rhodococcus-strains // Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 400. Article 123328. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.123328.

Final act of the Conference of Plenipotentiaries on the Stockholm, 22–23 May // UNEP / POPS/CONF/4. United Nations Environment Programme. Geneva, 2001. 44 p.

Flavia A. et al. Degradation of atrazine by Pseudomonas sp. and Achromobacter sp. isolated from Bra-zilian agricultural soil // International Biodeterioration and Biodegradation. 2018. Vol. 130. P. 17–22. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2018.03.011.

Furukawa K. Biochemical and genetic bases of microbial degradation of polychlorinated biphenyls (PCBs) // The Journal of General and Applied Microbiology. 2000. Vol. 46, № 6. P. 283–296. https://doi.org/10.2323/jgam.46.283.

Hara T., Takatsuka Y. Aerobic polychlorinated biphenyl-degrading bacteria isolated from the Tohoku region of Japan are not regionally endemic // Canadian Journal of Microbiology. 2022. Vol. 68, № 3. P. 191–202. doi: 10.1139/cjm-2021-0056.

Hatamian-Zarmi A. et al. Extensive biodegradation of highly chlorinated biphenyl and Aroclor 1242 by Pseudomonas aeruginosa TMU56 isolated from contaminated soils // International Biodeterioration and Bio-degradation. 2009. Vol. 63, № 6. P. 788–794. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2009.06.009.

Hernandez B.S. et al. Terpene-utilizing isolates and their relevance to enhanced biotransformation of polychlorinated biphenyls in soil // Biodegradation. 1997. Vol. 8, № 3. P. 153–158. https://doi.org/10.1023/A:1008255218432.

Hong Q. et al. Isolation of a biphenyl-degrading bacterium, Achromobacter sp. BP3, and cloning of the bph gene cluster // International Biodeterioration and Biodegradation. 2009. Vol. 63, № 4. P. 365–370. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2008.10.009.

Hou L.H. et al. Phylogenetic characterization of several para‐ and meta‐PCB dechlorinating Clostridium species: 16s rDNA sequence analyses // Letters in Applied Microbiology. 2000. Vol. 30, № 3. P. 238–243. https://doi.org/10.1046/j.1472-765x.2000.00709.x.

Hu J. et al. Sphingobium fuliginis HC3: a novel and robust isolated biphenyl-and polychlorinated bi-phenyls-degrading bacterium without dead-end intermediates accumulation // PloS one. 2015. Vol. 10, № 4. Article e0122740. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122740.

Ilori M.O. et al. Aerobic mineralization of 4,4’-dichlorobiphqnyl and 4 chlorobenzoic acid by a novel natural bacterial strain that grows poorly on benzoate and biphenyl // World J. Microbiol. Biotechnol. 2008a. Vol. 24. P. 1259–1265. https://doi.org/10.1007s11274-007-9597-y

Ilori M.O. et al. Degradation and mineralization of 2-chloro-, 3-chloro-and 4 chlorobiphenylby a newly characterized natural bacterial strain isolated from an electrical transformer fluid-contaminated soil // Journal of Environmental Sciences. 2008b. Vol. 20, № 10. P. 1250–1257. https://doi.org/10.1016/s1001-0742(08)62217-2.

Ilori M.O. et al. Catabolic plasmid specifying polychlorinated biphenyl degradation in Cupriavidus sp. strain SK‐4: Mobilization and expression in a pseudomonad // Journal of Basic Microbiology. 2015. Vol. 55, № 3. P. 338–345. https://doi.org/10.1002/jobm.201200807.

Jia L.Y. et al. Isolation and characterization of comprehensive polychlorinated biphenyl degrading bac-terium, Enterobacter sp. LY402 // J. Microbiol. Biotechnol. 2008. Vol. 18, № 5. P. 952–957. PMID: 18633297.

Kim S., Picardal F.W. A novel bacterium that utilizes monochlorobiphenyls and 4 chlorobenzoate as growth substrates // FEMS Microbiology Letters. 2000. Vol. 185, № 2. P. 225–229. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2000.tb09066.x.

Kour D. et al. Gene manipulation and regulation of catabolic genes for biodegradation of biphenyl com-pounds // In New and Future Developments in Microbial Biotechnology and Bioengineering. 2019. P. 1–23. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-63503-7.00001-2.

Liang Y. et al. Potential for polychlorinated biphenyl biodegradation in sediments from Indiana Harbor and Ship Canal // International Biodeterioration and Biodegradation. 2014. Vol. 89. P. 50–57. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2014.01.005.

Masai E. et al. Characterization of biphenyl catabolic genes of gram-positive polychlorinated biphenyl degrader Rhodococcus sp. strain RHA1 // Appl. Environ. Microbiol. 1995. Vol. 61, № 6. P. 2079–2085. https://doi.org/10.1128/aem.61.6.2079-2085.1995.

Müller M.H.B. et al. Organochlorine pesticides (OCPs) and polychlorinated biphenyls (PCBs) in human breast milk and associated health risks to nursing infants in Northern Tanzania // Environmental research. 2017. Vol. 154. P. 425–434. https://doi.org/10.1016/j.envres.2017.01.031.

Nam I.H. et al. Biodegradation of biphenyl and 2-chlorobiphenyl by a Pseudomonas sp. KM-04 isolated from PCBs-contaminated coal mine soil /// Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2014. Vol. 93, № 1. P. 89–94. https://doi.org/10.1007/s00128-014-1286-6.

Negret-Bolagay D. et al. Persistent organic pollutants: the trade-off between potential risks and sustaina-ble remediation methods // Journal of environmental Management. 2021. Vol. 300. Article 113737. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.113737.

Park S.H. et al. Adaptive and cross-protective responses of Pseudomonas sp. DJ-12 to several aromatics and other stress shocks // Current Microbiology. 2001. Vol. 43, № 3. P. 176–181. https://doi.org/10.1007/s002840010283.

Pieper D.H., Seeger M. Bacterial metabolism of polychlorinated biphenyls // Journal of Molecular Micro-biology and Biotechnology. 2008. Vol. 15, № 2–3. P. 121–138. https://doi.org/10.1159/000121325.

Ponce B.L. et al. Antioxidant compounds improved PCB-degradation by Burkholderia xenovorans strain LB400 // Enzyme and Microbial Technology. 2011. Vol. 49, № 6–7. P. 509–516. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2011.04.021.

Reddy A.V.B. et al. Polychlorinated biphenyls (PCBs) in the environment: recent updates on sampling, pretreatment, cleanup technologies and their analysis // Chemical Engineering Journal. 2019. Vol. 358. P. 1186–1207. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.09.205.

Sakai M. et al. 2-Hydroxypenta-2, 4-dienoate metabolic pathway genes in a strong polychlorinated bi-phenyl degrader, Rhodococcus sp. strain RHA1 // Appl. Environ. Microbiol. 2003. Vol. 69, № 1. P. 427–433. https://doi.org/10.1128/AEM.69.1.427-433.2003.

Shuai J. et al. Regional analysis of potential polychlorinated biphenyl degrading bacterial strains from China // Brazilian Journal of Microbiology. 2016. Vol. 47, № 3. P. 536–541. https://doi.org/10.1016/j.bjm.2014.12.001.

Somaraja P.K. et al. Molecular characterization of 2-chlorobiphenyl degrading Stenotrophomonas maltophilia GS-103 // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2013. Vol. 91, № 2. P. 148–153. https://doi.org/10.1007/s00128-013-1044-1.

Tarlachkov S.V. et al. Draft genome sequence of glyphosate-degrading Achromobacter insolitus strain Kg 19 (VKM B-3295), isolated from agricultural soil // Microbiology Resource Announcements. 2020. Vol. 9, № 17. Article e00284-20. doi: 10.1128/MRA.00284-20.

Warenik-Bany M. et al. Impact of environmental pollution on PCDD/F and PCB bioaccumulation in game animals // Environmental Pollution. 2019. Vol. 255. Article 113159 https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113159.

Witzig R. et al. Assessment of toluene/biphenyl dioxygenase gene diversity in benzene-polluted soils: links between benzene biodegradation and genes similar to those encoding isopropylbenzene dioxygenases // Appl. Environ. Microbiol. 2006. Vol. 72, № 5. P. 3504–3514. https://doi.org/10.1128/AEM.72.5.3504-3514.2006.

Xing Z. et al. Degradation Mechanism of 4-Chlorobiphenyl by Consortium of Pseudomonas sp. Strain CB-3 and Comamonas sp. Strain CD-2 // Current Microbiology. 2020. Vol. 77. P. 15–23. https://doi.org/10.1007/s00284-019-01791-9A.

Xu L. et al. Congener selectivity during polychlorinated biphenyls degradation by Enterobacter sp. LY402 // Current Microbiology. 2011. Vol. 62, № 3. P. 784–789. https://doi.org/10.1007/s00284-010-9792-1.

Zhang P. et al. Distribution and transfer pattern of polychlorinated biphenyls (PCBs) among the selected environmental media of Ny-Alesund, the Arctic: as a case study // Marine Pollution Bulletin. 2014. Vol. 89, № 1–2. P. 267–275.

Zhu L. et al. Degradation mechanism of biphenyl and 4,4’-dichlorobiphenyl cis-dihydroxylation by non-heme 2,3 dioxygenases BphA: A QM/MM approach // Chemosphere. 2020. Vol. 247. Article125844. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.125844.

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)